[发明专利]一种硼化锆粉末的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种硼化锆粉末的制备方法。

背景技术

作为超高温陶瓷材料中的佼佼者，硼化锆陶瓷材料具有优异的物理化学性能，如高熔点、高硬度、高稳定性及抗腐蚀性、良好的导电导热性能及中子控制能力，因此在超高温材料、高温结构陶瓷材料、复合材料、耐火材料、耐磨耐腐蚀涂层、高温电阻、电极材料、切削材料、中子吸收剂、包裹材料等方面具有广阔的应用前景。对此，国内外的许多科研工作者对这种材料开展了广泛的研究。

哈尔滨工业大学的张田梅在其2006年的硕士论文《自蔓延镁热还原法制备高纯度二硼化锆微粉》中，采用自蔓延镁热还原高温合成工艺利用ZrO₂-B₂O₃-Mg体系放热反应成功制备了ZrB₂微粉，但这种方法制备过程中会引起Mg和B₂O₃的大量挥发，而且合成粉末后还要经过酸洗，这样就会对环境造成污染，且合成的ZrB₂微粉的纯度不高，仅为96.31％。

郑州大学的马成良等人在其2008年《无机材料学报》发表的学术论文《二硼化锆粉体的工业合成》中，以ZrO₂、B₄C、C为原料采用碳热还原法分别在真空感应炉和电弧炉中完成了二硼化锆粉体的工业合成，但对合成样品的物相分析中发现含有1.6％的石墨杂质。

武汉理工大学的李瑞在其2011年的硕士论文《超细二硼化锆粉体的快速合成与机理研究》中，以纳米氧化锆和细化后的非晶硼粉为原料通过硼热还原快速合成了超细二硼化锆粉体，但这种方法存在较多的缺点：

(1)在硼热还原过程中，B元素并没有完全与Zr元素化合生成硼化锆，部分B以气态氧化物的形式挥发，由于B元素在工业应用中具有与稀土元素等同的地位，价格昂贵，因此这种方法合成的硼化锆成本很高。

(2)粉末合成前采用搅拌球磨机对硼粉进行了细化预处理，粉末合成后又进行了化学提纯和热处理，工序长、污染环境、成本高。

(3)合成的成品粉末中含有1.07wt％的氧，表明此种合成方法得不到单一物相，这将限制这种材料在生产技术中的应用。

国防科技大学的赵丹等人在其2011年《无机材料学报》发表的学术论文《反应法制备硼化锆耐超高温涂层》中，以锆粉、硼粉和酚醛树脂为原料，通过泥浆涂刷后高温烧结的方法在C/SiC表面制备了ZrB₂涂层，但研究发现制备的涂层中含有少量的ZrC和ZrO₂。

武汉科技大学的曹迎楠等人在其2014年《硅酸盐学报》发表的学术论文《溶胶-凝胶碳热还原法制备硼化锆超细粉体》中，采用溶胶-凝胶、碳热还原工艺以氧氯化锆、硼酸、葡萄糖为原料在柠檬酸和乙二醇的螯合作用下合成了ZrB₂超细粉体，但研究发现这种方法合成的ZrB₂或多或少地会含有ZrO₂，而且这种方法成本高、化学溶液处理不当还会造成环境污染，且不利于规模化生产。

吉林大学的曹可在其2015年的硕士论文《二硼化锆的高温高压制备及物性和形貌研究》中，以金属Zr粉和非晶B粉为原料，利用六面顶压机采用高温高压的方法在压力为5.0GPa、温度为1700℃-2000℃的条件下，保温30min合成了纯相ZrB₂块体材料，实现了ZrB₂块体材料的合成、烧结一体化。随后以高纯度的ZrO₂粉和B粉作为原料，采用高压硼热还原法在5.0GPa、1300℃-2050℃的条件下合成了ZrB₂圆柱体。最后作者又以市场上采购的ZrB₂粉和B₂O₃粉为原料在压力为5.0GPa、温度为1900℃的条件下制备了ZrB₂单晶颗粒，仔细分析作者的合成方法仍可发现很多不足之处：

(1)采用的非晶B粉的化学纯度为99.99％，这种高纯B粉的市场价格是普通B粉价格的10倍，因此采用这种原料进行合成造成成本很高。

(2)粉末合成前在模具中进行了冷压，合成的ZrB₂圆柱体的致密度达到了93％以上，这样就增加了破碎成粉末的难度，这将限制这种材料作为粉末的市场应用。